某建設(shè)用地巖溶塌陷評估分析與預(yù)防措施

陳 峰

（廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510440）

我國城市化進程不斷加快，城鎮(zhèn)建設(shè)快速擴張，建設(shè)用地資源日趨緊張。而在石灰?guī)r分布區(qū)巖溶塌陷災(zāi)害呈現(xiàn)多發(fā)性、復(fù)雜性的嚴(yán)峻態(tài)勢，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全[1]。研究區(qū)位于廣州市白云區(qū)中部，石灰?guī)r廣布，區(qū)內(nèi)及周邊建筑物密集，人類工程活動強烈。開展巖溶地質(zhì)災(zāi)害評估工作，并采用適宜的防治措施具有重要意義。

1 工程地質(zhì)條件

擬建場地地面起伏較小，高程9.32～10.72m，最大高差1.40m。根據(jù)勘探和調(diào)查結(jié)果[2]，場地主要分布有第四系沖積層（Qal）、第四系殘積層（Qel）和下伏壺天群灰?guī)r(C2+3ht)。

1.1 地層巖性

（1）第四系（Q）。由殘積層和沖積層組成，其中殘積層巖性為粉質(zhì)粘土，可塑狀為主，厚約0.50～2.10m，局部分布；沖積層由淤泥質(zhì)土和中砂組成，表層為粉質(zhì)粘土：局部分布，土層呈紅褐色、土黃色，飽和，可塑狀，土質(zhì)不均勻，厚約0.90～9.40m；中部為中砂，廣泛分布，灰白色、局部黃褐色、灰色，飽和，厚約0.5～5.8m，；底部為粉質(zhì)粘土，局部分布，紅褐色、土黃色，飽和，可塑狀，厚約0.90～23.10m。

（2）石炭系（C）。下伏地層為石炭系上～中統(tǒng)壺天群（C2+3ht），巖性為灰白，深灰色，中厚層狀隱晶～微晶質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，地層產(chǎn)狀為135°∠55°，厚度＞150m，巖溶較發(fā)育。頂層埋深16.30～32.60m，按其風(fēng)化程度可劃分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中分化及微風(fēng)化帶。①全風(fēng)化泥灰?guī)r：分布不連續(xù)，厚度1.80～5.20m，巖石堅硬土狀。②強風(fēng)化泥灰?guī)r：分布不連續(xù)，厚度3.70～28.50m，巖石半巖板土狀、堅硬土狀。③中風(fēng)化泥灰?guī)r：分布不連續(xù)，厚度3.00～9.50m，巖石塊狀、短柱狀，裂隙發(fā)育，巖質(zhì)極軟～軟。④微風(fēng)化泥灰?guī)r：分布不連續(xù)，厚度5.30～6.40m，巖石柱狀，巖質(zhì)軟，錘擊聲不脆。⑤中風(fēng)化灰?guī)r：大范圍揭露，巖溶洞隙發(fā)育，巖溶基面起伏不平，高差變化大?？辈旖衣秾雍?.20～4.70m，平均1.22m，巖面起伏很大。⑥微風(fēng)化灰?guī)r：分布較廣，巖溶洞隙發(fā)育，巖溶基面起伏不平，高差變化大。揭露層厚0.10～6.40m，巖面起伏很大。

1.2 地下水發(fā)育情況

場地地下水分為第四系松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水2大類型。

（1）第四系松散巖類孔隙水。分布于第四系沖積砂層，巖性為粉細中砂或泥質(zhì)粗砂、礫砂等，分選性較差，結(jié)構(gòu)以中密為多，含水層厚度約1.59～17.16m，水量豐富。

（2）碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。碳酸鹽巖類裂隙溶洞水呈北北東－南南西向條帶狀分布，隱伏于第四系地層之下，主要含水層為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，質(zhì)純，酸不溶物含量少，厚層狀。受巖性、構(gòu)造以及填充狀態(tài)等多因素作用，富水性差異較大。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

場地內(nèi)的褶皺、斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未見大的區(qū)域斷裂構(gòu)造通過，地表被第四系厚層覆蓋，未見基巖出露，地層產(chǎn)狀為135°∠55°。

2 巖溶塌陷評估分析

2.1 區(qū)域巖溶發(fā)育特征

根據(jù)地質(zhì)資料，三元里～嘉禾段壺天群石灰?guī)r巖溶較發(fā)育，類型主要為埋藏型，且以淺層巖溶發(fā)育為主，與第四系砂層聯(lián)通性較好。溶洞參數(shù)：洞頂標(biāo)高-30.40～-3.74m，埋藏深度為19.34～44.40m，洞高0.40～15.10m，整體見洞率達41.6%，有25%的勘探鉆孔揭露兩層巖溶以上，靠近三元里段溶洞無充填物，全漏水，靠近嘉禾段溶洞有充填物，充填物主要為流塑、軟塑狀粘性土，局部為可塑狀粉質(zhì)粘土或充填泥砂，灰?guī)r上覆中粗砂和礫砂滲透性較好。在外力作用下，可能產(chǎn)生頂板垮塌風(fēng)險，對工程建設(shè)造成較大影響[3]。

2.2 區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育特征

根據(jù)巖土工程勘察，共完成施工鉆孔47個，其中共29個溶洞分布，大部分溶洞分布在擬建場地中部，局部溶洞零散分布，基本上無規(guī)律可言，其中有7個鉆孔內(nèi)呈雙層或多層串狀分布，不良地質(zhì)現(xiàn)象顯著發(fā)育，見洞率高達61.70%，而溶洞的規(guī)模與走向等指標(biāo)未明。由于巖溶發(fā)育具有不均勻性，綜合區(qū)域水文地質(zhì)資料結(jié)合研究區(qū)施工的鉆孔情況，判定研究區(qū)巖溶發(fā)育程度為強[4]。

2.3 巖溶塌陷危險性預(yù)測評價

巖溶塌陷發(fā)育影響因素主要包括基巖巖溶發(fā)育特征、土性特征以及地下水動力條件，其中前兩個因素在一定范圍及時期內(nèi)基本不變，巖溶塌陷主要受地下水動力影響。因此，評價巖溶塌陷危險性的主要方式有地下水監(jiān)測和第四系土層抗塌性能測試。

（1）巖溶塌陷的定性分析。擬建場地在巖溶發(fā)育程度上非常強烈，目前未進行處理，與塌陷關(guān)系最為密切的水動力條件未發(fā)生較大改變，周邊環(huán)境不存在大規(guī)模地下工程的抽排水活動，地下水位變化屬正常的季節(jié)性變化，推斷處于暫時性穩(wěn)定平衡狀態(tài)。綜合評價建設(shè)場地內(nèi)巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險性大。

（2）巖溶塌陷的半定量預(yù)測。采用經(jīng)驗類比與經(jīng)驗指標(biāo)法綜合考慮進行預(yù)測，預(yù)測的因素選取巖溶發(fā)育程度、覆蓋層巖性結(jié)構(gòu)、覆蓋層厚度、巖溶地下水位、逕流條件、地貌等。預(yù)測因子賦值見表1。

預(yù)測指標(biāo)判別值：N=K+S+H+W+F+G

表1 塌陷半定量預(yù)測因子賦值標(biāo)準(zhǔn)表

N=17～21，極易塌陷，可產(chǎn)生大量塌陷；N=13～16，易塌陷，可產(chǎn)生較多塌陷；N=9～12，不易塌陷，可產(chǎn)生小量或零星塌陷；N≤8，一般不易塌陷，屬穩(wěn)定區(qū)，在特殊條件下可能產(chǎn)生個別塌陷。研究區(qū)巖溶發(fā)育程度極強烈，覆蓋層巖性結(jié)構(gòu)一般上部為砂類土、淤泥質(zhì)粘土，下部為粘性土，砂類土中局部夾有淤泥質(zhì)粘土，根據(jù)已測量的巖溶地下水位情況，為承壓水，高出基巖面在10m以上，受斷層控制存在逕流帶，為潛水和巖溶水雙層含水層分布，地貌屬廣花盆地。各項指標(biāo)取值分別為K=4，S=3，H=2，W=4，F(xiàn)=3，G=3，計算N=19，屬極易塌陷，綜合判斷可產(chǎn)生大量塌陷，存在大規(guī)模塌陷的可能。

研究區(qū)地下水補給主要為地表降水的豎向補給，擬建場地在工程建設(shè)工程中將會在巖溶孔洞頂板產(chǎn)生一個附加荷載，建設(shè)場地區(qū)基礎(chǔ)施工、基坑開挖時的人工降水，將進一步加劇巖溶孔洞塌陷產(chǎn)生可能性。巖溶塌陷直接危害對象為建筑物樁基礎(chǔ)，因此工程建設(shè)時不能大范圍大降深抽排地下水。綜合預(yù)測巖溶塌陷的危害為大，危險性為大。

3 巖溶塌陷預(yù)防措施

首先，在詳細查明巖溶發(fā)育的規(guī)模、分布特征以及地下水變化情況下，合理規(guī)劃建筑分布位置、建筑方式及施工工藝；第二，控制抽排地下水及機械貫穿等人為干擾因素，以防施工中引發(fā)地面塌陷；對已發(fā)現(xiàn)的土洞或溶洞，宜采取灌漿堵塞等工程措施進行防治；第三，開展地面或建筑物位移變形監(jiān)測，以及布設(shè)鉆孔進行地下水位的長期監(jiān)測與預(yù)警，做到早發(fā)現(xiàn)早防治。

4 結(jié)束語

廣州地區(qū)石灰?guī)r分布區(qū)巖溶多發(fā)育，同時地下水排采、基坑開挖等工程建設(shè)易破壞原有地質(zhì)條件，使工程建設(shè)遭受危害。針對巖溶塌陷危險性程度，結(jié)合工程建設(shè)實際，采用有效的預(yù)防措施降低或消除地質(zhì)災(zāi)害危害，從而保障人民生命財產(chǎn)安全。